Учёные заставили стальные шарики всплывать, а воздушные пузырьки — тонуть

Учёные из Иллинойского университета в Урбана-Шампейне (США) обнаружили, что в воде с загустителями на основе карбополов более тяжёлые и твёрдые объекты поднимаются вверх, в то время как более лёгкие (пузырьки воздуха) опускаются на дно. Соответствующий доклад был сделан на 69-м ежегодном Собрании Американского физического общества (подразделение гидродинамики).

Карбополами называют производные акриловой кислоты, небольшие количества которых во взаимодействии с водой и водоспиртовыми смесями дают гели высокой вязкости. Карбопол как загуститель широко применяется в косметологии. Отличительными чертами жидкостей с их включением является резко изменяющееся реологическое поведение. В спокойном состоянии они стабильны и ведут себя как твёрдое тело. Но при сдвиге или ударе вязкость смеси на короткое время резко падает, позволяя находящимся внутри телам начать резкое движение.

В ходе экспериментов учёные залили 0,5 литра такой смеси в бутылку и затем встряхнули её вверх-вниз. При этом более массивный стальной шарик продолжил по инерции движение вверх — из-за падения вязкости жидкость слабо увлекала его с собой при встряхивании. Поэтому инерции хватало, чтобы он продолжил движение вверх, несмотря на то что сила тяжести в то же время заставляла его тонуть. Инерция очень лёгкого пузырька воздуха, наоборот, почти не повлияла на его траекторию, поэтому жидкость при встряхивании легко увлекла его вниз. После окончания встряски вязкость жидкости резко повысилась, что не дало шарику и пузырьку быстро вернуться к нормальному поведению в жидкости (сразу утонуть или всплыть).

На первый взгляд, речь идёт о забавном эксперименте. Но он может иметь существенное практическое приложение. Бетон в конце цикла застывания может демонстрировать то же поведение, что и вода с загустителем. Модифицировав системы его виброуплотнения с учётом подобных процессов, можно добиться меньшего образования воздушных пузырьков в итоговом материале.